Thermomechanical fatigue behavior of CGI 450 and CGI 500 cast irons
Comportamento em fadiga termomecânica dos ferros fundidos vermiculares classe 450 e 500
Márcio Henrique Ferreira, Douglas Geovanni Bon, Waldek Wladimir Bose Filho, Carlos de Souza Cabezas, Wilson Luis Guesser (in Memorian)
Abstract
The vermicular cast iron grade 450 is widely used in engineering applications, primarily by the automotive industry in the fabrication of internal combustion engines. However, in recent years, the vermicular cast iron grade 500 has been developed, and new studies searching for the replacement of the grade 450, with the aim of increasing the high-performance internal combustion engines life, as well as reducing their weight, are in development. Due to their operational characteristics, these engines are subjected simultaneously to thermal and mechanical cycles, which influence their useful life. Therefore, the characterization of the resistance to these types of loads for materials selection for these engines, is very important. Thus, the objective of this work was to study the thermomechanical fatigue life of two vermicular cast irons in conditions close to those to which internal combustion engines are subjected. The materials were characterized by chemical and metallographic analyses and tensile tests. The thermomechanical fatigue tests were carried out at temperatures ranging from 50 ºC to 420 ºC, and a dwell time of 180 seconds. The vermicular cast iron grade 500 exhibited higher tensile strength, with higher ductility when compared to the grade 450, as well as higher fatigue strength. These properties were related to the size and distribution of eutectic cells (graphite) in the matrix.
Keywords
Resumo
O ferro fundido vermicular da classe 450 é amplamente utilizado em aplicações de engenharia, principalmente pela indústria automobilística na fabricação de motores de combustão interna. Contudo, nos últimos anos, foi desenvolvido o ferro fundido vermicular da classe 500 e estudos têm buscado a substituição da classe 450, com o objetivo de aumentar a vida dos motores de combustão interna de alto desempenho, bem como a redução de seu peso. Devido as suas características operacionais, estes motores são simultaneamente submetidos a ciclos térmicos e mecânicos, que influenciam na vida útil destes e a caracterização da resistência a estes tipos de carregamentos para a seleção dos materiais para aplicação em motores, são muito importantes. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a vida em fadiga termomecânica de dois ferros fundidos vermiculares em condições próximas das que os motores de combustão interna são submetidos. Os materiais foram caracterizados por meio de análise química, metalográfica e ensaios de tração. Os ensaios de fadiga termomecânica foram realizados em uma temperatura variando de 50 ºC e 420 ºC, e tempo de patamar de 180 segundos. O ferro fundido vermicular da classe 500 apresentou maior resistência mecânica em tração, com maior ductilidade comparado com o vermicular da classe 450, bem como maior resistência a fadiga. Estas propriedades estão relacionadas com o tamanho e distribuição das células eutéticas (grafita) na matriz.
Palavras-chave
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Submetido em:
13/09/2021
Aceito em:
17/08/2022
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